片面 PCB とは何ですか?

片面PCB（単層PCBとも呼ばれる）は、最も一般的なPCBの1つです。 PCBの種類片面には導電性材料が、もう片面には互いに電気的に接続された電子部品が配置されています。この記事では、片面PCBの様々な側面について詳しく解説します。この技術の完全な製造プロセス、メリットとデメリット、そして単層PCBの用途についても解説します。

片面PCBの構築

片面 PCB は主に以下の層で構成されています。

• 基板

基板層は PCB に機械的なサポートを提供し、通常は FR-4 (ガラス強化エポキシ)、ポリイミド、CEM などの絶縁材料で作られています。

参考文献： プロジェクトに適したさまざまな種類のPCB基板材料

• 銅箔層

基板の片面に薄い銅箔を積層します。この銅箔には、エッチングされた回路パターンと部品の接続パッドが設けられています。使用される銅の重量は、通常、1平方フィートあたり2オンスまたはXNUMXオンスです。

• はんだマスク

銅箔の上にソルダーマスクコーティングを施し、必要なパッド領域のみを露出させます。ソルダーマスクは配線を絶縁し、部品の組み立て中に偶発的なはんだブリッジの形成を防ぎます。

• シルクスクリーン

シルクスクリーンポリマーインクの層をPCBに印刷し、テキスト、シンボル、ロゴ、その他のマーキングを表示します。これは、部品の識別、組み立て手順、ブランド化などに役立ちます。

単層PCBの設計と製造に関するヒント

単層PCBの製造に進む前に、いくつか重要な点を考慮する必要があります。これらのヒントを活用すれば、最短時間で基板を準備できます。さらに、費用も少し節約できます。さあ、これ以上長々と話さずに、8つの実用的なヒントを見ていきましょう。

1. 品質の高い素材を決して惜しまない

メーカーに安価な代替材料を選ぶように依頼するのは絶対にやめましょう。安価な材料を選んでしまったら、数週間で故障してしまうかもしれません。PCBの基本的な構成要素を理解しておく必要があります。常に高品質の材料を選びましょう。これらの部品は長持ちするので、時間と費用の節約にもなります。

2. 常に標準的なボード形状を選択する

標準的なボード形状を選ぶことが重要です。設計に合わせて特定の形状の筐体を用意している場合を除き、常に標準的な長方形または正方形のデザインを選択してください。標準から外れると、コストがかさみます。

3. 小さすぎる穴は避ける

基板の穴が小さいほど、製造コストが高くなります。多くのファブハウスでは、穴の直径が0.4mm未満の場合は追加料金が発生することもあります。そのため、特定の穴サイズを必要としない場合は、通常の穴サイズで十分です。

4. 適切な方法を使用する

ビアには、ブラインドビア、埋め込みビア、スルーホールの3種類があります。ブラインドビアと埋め込みビアは高密度実装向けで、 高周波PCBしたがって、これらのビアが必要ない場合は、余分なコストを避けるためにそのままにしておいてください。

参考文献： ブラインドビアと埋め込みビア: 違いは何ですか?

5. 余分なレイヤーは避ける

配線スペース、パフォーマンス、電源プランの拡張のために層を追加する前に、よく考えてください。2層基板と4層基板の違いは2倍です！余分なコストをかけずに済むように、設計はシンプルかつコンパクトにしましょう。

6. パネル化のための設計の設定

様々なPCBを搭載した巨大なパネルをリクエストできます。最大のパネルサイズを選択することで、大幅なコスト削減が可能です。すべての基板を1枚のパネルに収めるのに、マシンのセットアップに追加の時間はかかりません。その結果、コスト削減につながります。

7. 業界標準のサイズとコンポーネントを選択する

回路基板の製造会社を選んだ場合は、標準サイズの基板を選ぶことをお勧めします。そうすることで作業が楽になり、効率も上がります。そのため、注文をカスタマイズするには追加の設定が必要になり、コストも高くなります。

8. 可能であれば表面実装部品を選択する

非常に複雑な設計でない場合は、標準的な表面実装部品を使用することをお勧めします。これにより、基板に開ける穴の数が少なくなり、コスト削減につながります。

単層PCBの製造プロセス

単層 PCB を製造するためのステップバイステップ ガイドは次のとおりです。

1. 単層PCBの設計

設計は、あらゆる回路基板を作成する上で最も重要な最初のステップです。さらに、設計プロセスは計画から始まります。デザイナーは回路の設計図を作成します。設計において、クライアントのあらゆる要件を網羅します。

2. PCB設計を印刷する

回路基板の設計図を作成したら、 PCB設計この設計図を通常の建築図面に印刷することはできません。代わりに、この設計図を印刷するにはプロッタープリンターが必要です。プロッターは回路基板上にフィルムを作成します。

さらに、プリンターには黒インクと透明インクの2種類のインクが必要です。黒インクは銅配線に、透明インクは内層のグラスファイバーなどの非導電性領域に使用します。

一方、外層では、黒インクは銅の除去プロセスが行われる領域を指し、透明インクは銅の経路の線を指します。

3. 内部層の銅を印刷する

実際の製造が始まる最初のステップです。ラミネート印刷後、銅箔を貼ります。これがPCBの構造となります。ラミネートパネルの上にレジストと呼ばれる感光性フィルムを塗布する必要があります。ここでは、設計図とラミネートパネルのレジストが完全に一致する必要があります。一致しない場合は、設計図に沿って製作するようにしてください。

4. 不要な銅を取り除く

このステップでは、基板から不要な銅を取り除く必要があります。フォトレジストで覆われていない銅を腐食させる強力な化学薬品を使用することもできます。銅を取り除いたら、基板からフォトレジストも取り除きます。

5. 訓練

すべてのPCBには、様々な部品を取り付けたり、PCBを実装したりするために穴が必要です。穴あけ加工の前に、X線検査装置を使って穴あけ位置を特定することができます。単層PCBに穴を開ける方法はいくつかありますが、使用するシステムによって超硬合金製の切削工具が異なります。これらの工具は、指定された位置に正確な穴を効果的に開けることができます。設計者は、PCBの穴あけ加工に関する詳細な情報を提供しています。 NCドリルファイルドリルマシンはプログラムに従って動作し、正確な位置に必要なサイズの穴を掘削します。

6. メッキ

パネルに穴を開けた後、メッキ処理を開始できます。この工程では、異なる層が存在する場合、化学薬品を用いてそれらを融合させます。回路基板を洗浄した後、基板を一連の化学薬品に浸す必要があります。この工程により、パネルは数ミクロンの厚さの銅層でコーティングされます。穴に銅を充填する前に、この工程でガラス繊維シートを露出させます。このガラス繊維シートがパネルの内側を形成します。

7. 想像してプレート外層

めっきと銅の塗布が完了したら、電気めっき用のパネルを準備するために外層に画像を形成する必要があります。この作業には、ラミネーターなど様々な機械が使用できます。ラミネーターを用いてドライフィルムで外層をコーティングします。このドライフィルムは写真のように画像化可能な材料です。このプロセスは、PCBの内層とほぼ同じです。

8. エッチング

外側の層をエッチングする場合、エッチング工程中に銅を保護するために錫ガードを使用できます。そのため、この工程では、露出した銅領域を除去する必要があります。また、穴と銅パターンの周囲のトレースとパッドはそのまま残ります。そのため、除去するのは露出した銅のみです。

最後に、穴と配線を覆っている錫も取り除きます。このステップが完了すると、回路基板の露出したラミネートと銅箔だけが見えるようになります。これでPCBの骨組みは完成です。次は、単層PCBを保護する方法を学びましょう。

9. はんだマスクを塗布する

ソルダーレジストは基板の短絡を防ぎます。さらに、回路をその他の環境要因からも保護します。そのため、液状フォトレジストは銅表面の保護に使用できます。さらに、組み立て工程において、異なる部品間のはんだブリッジも防止します。

10. PCBとシルクスクリーン印刷を終える

仕上げ工程の一環として、回路基板に銀、金、またはHASLメッキを施します。回路基板の最終仕上げが終わったら、基板全体にシルクスクリーン印刷を施します。この工程では、回路基板に様々な記号や情報を印刷できます。

片面PCBのメリットとデメリット

単層PCBは両面PCBに比べて最もシンプルな回路です。 多層PCB単純な電子部品には非常に便利です。しかし、この回路は、非常に複雑な電子機器には適していません。例えば、衛星システムには使用できません。

単層 PCB のさまざまな長所と短所は次のとおりです。

片面PCBの利点

• 非常にシンプルなので、このPCBの設計は非常に簡単です。さらに、間違った設計をする可能性はほぼゼロです。
• これは他のすべての種類のPCBと比較してコストが低く、特に大量注文の場合はコストが大幅に削減されます。
• 単層のみで構成されているため、穴あけ、はんだ付け、部品挿入のプロセスが簡単でシンプルです。
• コンポーネントのインストールは片側のみで行われるため、回路を補正するために低いジャンパーが必要です。

片面PCBの欠点

• これらの回路は複雑なプロジェクトには単純すぎます。
• 片面ボードの動作容量は低くなります。
• さらに、サイズも大きくなります。また、サイズが大きいため、重量も重くなります。
• コンポーネントを配置できるのは片側だけなので、コンポーネントの密度は制限されます。

片面PCBと両面PCB

片面基板と両面基板は、最も一般的に使用されている2種類の基板です。以下に、それぞれの主な特徴を比較した表を掲載します。

単層PCBの用途

片面PCBは回路がシンプルですが、非常に便利です。そのため、多くの便利な電子機器に使用されています。単層PCBの主な用途は次のとおりです。

• これらの回路はデジタルカメラに使われています。
• ラジオやステレオ機器の回路。
• デジタル計算機は、1 つの単層 PCB のみで構成されています。
• スイッチングリレーには、さまざまな自動車業界や電力業界で使用されるこれらの回路も含まれています。
• さらに、自動販売機でもこれらの回路が使用されています。
• ソリッドステートドライブやコーヒーメーカーはこの回路を利用しています。
• デジタル電子レンジタイマー回路は、基本的に、電子レンジの電源を適時にオン/オフにするために使用される片面 PCB です。
• LED 照明には回路に電力を供給するためのこれらの回路が含まれています。
• さらに、さまざまな梱包機でも梱包の目的でこれらの回路が使用されます。
• さらに、さまざまなセンサー製品、監視機器、デジタルおよびアナログ電源でもこれらの回路が使用されています。